1、项目四项目四 核酸化学核酸化学 核酸核酸(nucleic acid)：是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息，是重要是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息，是重要的生物大分子。核酸在生命的维持和繁殖过程中发挥的了重要作用，特别在的生物大分子。核酸在生命的维持和繁殖过程中发挥的了重要作用，特别在能量的传递、遗传信息的传承和细胞内的结构和催化作用能量的传递、遗传信息的传承和细胞内的结构和催化作用等方面都扮演着重等方面都扮演着重要作用。要作用。一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 1868年年 瑞士外科医生瑞士外科医生Fridrich Mies
2、cher首次从脓细胞的细胞核中提取一种可首次从脓细胞的细胞核中提取一种可溶于碱、不溶于酸的含磷丰富的有机化合物，称为溶于碱、不溶于酸的含磷丰富的有机化合物，称为“核素核素”(Nuclein)，后来，后来证明是证明是蛋白质蛋白质。1889年年 R.Altman从动植物细胞中分离出不含蛋白质的核，因呈酸性，故称从动植物细胞中分离出不含蛋白质的核，因呈酸性，故称为核酸（为核酸（Nucleic acid）1928年年 格里菲思的格里菲思的肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验，证实，证实DNA是遗传物质，是遗传物质，并证明了并证明了DNA可以把一个细胞的性状转移给另一个细菌。可以把一个细胞的性状转移给另
3、一个细菌。1944年年 Avery等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质 1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 1965年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码1970年年 Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 测序方法测序方法1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP)1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成
4、人类基因组计划基本框架二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%90%以上分布于细胞核，其余分布于核外以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒如线粒体，叶绿体，质粒等。体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。也可作为遗传信息的载体。任务一任务
5、一 核酸的化学组成核酸的化学组成一、核酸组成元素一、核酸组成元素 C、H、O、N、P，其中磷在各种核酸中含量比较接近和恒定，其中磷在各种核酸中含量比较接近和恒定，DNA的平均含磷量的平均含磷量9.9%，RNA平均含磷量为平均含磷量为9.4%。只要测出样。只要测出样品中核酸的含磷量，就可以计算出该样品的核酸含量，这是品中核酸的含磷量，就可以计算出该样品的核酸含量，这是定磷定磷法法的测定依据。的测定依据。二、核酸的基本结构单位二、核酸的基本结构单位核苷酸核苷酸 核酸是由核酸是由核苷酸核苷酸组成的多核苷酸，属生物大分子。核苷酸可水解为组成的多核苷酸，属生物大分子。核苷酸可水解为核苷核苷和和磷磷酸酸，
6、核苷再进一步水解则生成，核苷再进一步水解则生成戊糖戊糖和和含含氮碱基氮碱基两类化合物，其中戊糖有两类化合物，其中戊糖有核糖核糖和和脱脱氧核糖氧核糖两类。含氮碱基包括两类。含氮碱基包括嘌呤碱嘌呤碱和和嘧啶碱嘧啶碱两类。两类。（1）嘌呤）嘌呤(purine)NNN HN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)NN HN HNN H2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)1.碱基碱基NNH132456（2）嘧啶）嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)NN HN H2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)N HN HOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,
7、T)N HN HOOCH3核酸碱基、核酸碱基、核苷和核苷核苷和核苷单磷酸的名单磷酸的名称和缩写称和缩写 上述上述5种碱基广泛存在于两类核酸中，称为种碱基广泛存在于两类核酸中，称为基本碱基基本碱基。尿嘧啶（。尿嘧啶（U）发生）发生甲基化生成胸腺嘧啶（甲基化生成胸腺嘧啶（T），其中），其中尿嘧啶是尿嘧啶是RNA的基本碱基，而胸腺嘧啶则的基本碱基，而胸腺嘧啶则是是DNA的基本碱基。的基本碱基。在某些核酸，特别是在某些核酸，特别是tRNA中还存在一些其它种类的碱基，因为它们在核酸中含中还存在一些其它种类的碱基，因为它们在核酸中含量很低，一般通过量很低，一般通过甲基化、羟甲基化及硫化甲基化、羟甲基化及硫
8、化基本碱基内的某些基团产生，在分子基本碱基内的某些基团产生，在分子中出现频率低，含量稀少，且分布不均一，称为中出现频率低，含量稀少，且分布不均一，称为稀有碱基稀有碱基。嘌呤类稀有碱基有嘌呤类稀有碱基有甲基腺嘌呤、甲基鸟嘌呤、黄嘌呤和次黄嘌呤甲基腺嘌呤、甲基鸟嘌呤、黄嘌呤和次黄嘌呤。嘧啶类稀有碱基有嘧啶类稀有碱基有5-甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶等。等。N HN HOON HN HOOCH3（胸腺嘧啶）（胸腺嘧啶）（尿嘧啶）（尿嘧啶）部分稀有碱基部分稀有碱基2.2.戊糖戊糖 （构成（构成RNA）1 2 3 4 5 O HOCH2OHO HO H核糖核糖(ribose)（构成（构成
9、DNA）O HOCH2OHO H脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)H连接碱基 3.核苷核苷碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷），连接形成核苷（脱氧核苷），戊糖戊糖上的上的羟基羟基与与碱基碱基上的上的氢氢脱水缩合后所形成的化合物称为脱水缩合后所形成的化合物称为核苷核苷。嘌呤碱嘌呤碱N9上的上的H与核糖与核糖C1上的羟基脱水缩合构成上的羟基脱水缩合构成1,9-糖苷键，形成的化糖苷键，形成的化合物称为合物称为嘌呤核苷嘌呤核苷，如腺苷；，如腺苷；嘧啶碱的嘧啶碱的N1上氢与核糖上氢与核糖C1的羟基脱水缩合构成的羟基脱水缩合构成1,1-糖苷键，形
10、成的化合糖苷键，形成的化合物称为物称为嘧啶核苷嘧啶核苷，如尿苷、胞苷、胸苷等。，如尿苷、胞苷、胸苷等。嘌呤碱和嘧啶碱在同样部位与脱氧核糖脱水缩合所形成的化合物称为嘌呤碱和嘧啶碱在同样部位与脱氧核糖脱水缩合所形成的化合物称为脱氧核糖核苷，如脱氧胞苷、脱氧腺苷、脱氧胸苷等。脱氧核糖核苷，如脱氧胞苷、脱氧腺苷、脱氧胸苷等。常见核苷示意图见常见核苷示意图见P54OHOCH2OHOHNNNH2OPOOO HOHOCH2O HO HNNN H2OOHOCH2O HO HNNN H2O核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP 4.核苷酸核苷
11、酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷（脱氧核苷）核苷（脱氧核苷）和和磷酸磷酸以以磷酸酯键磷酸酯键连接形成连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）核苷酸（脱氧核苷酸）。电电 脑脑 模模 型图型图 简化式简化式 酯键糖苷键5 端端3 端端核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以3,53,5磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即连接形成多核苷酸链，即核酸核酸。CGA三、体内重要的游离核苷酸及其衍生物三、体内重要的游离核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH（辅酶（辅酶A）、）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌
12、呤二核苷酸）等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPNOC H2OO HO HNNNN H2POO HOHNOC H2OO HO HNNNN H2POO HOPOO HOHNOC H2OO HO HNNNN H2POO HOPOO HOPOO HOHNOC H2OO HONNNN H2POO HNADP+（辅酶（辅酶II）NAD+（辅酶（辅酶I）cAMP和cGMP可作为细胞功能的调节分子和信号分子，是动物激素作用于靶细胞后产生的胞内信使，有传递和放大激素信号的作用，有被称为“第二信使”。任务二任务二 DNA分子的
13、组成与结构分子的组成与结构一、一、DNA的碱基组成的碱基组成 碱基：碱基：A(腺嘌呤腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤鸟嘌呤)、C(胞嘧啶胞嘧啶)。组成规律组成规律：（1）在同一生物体内，所有）在同一生物体内，所有DNA分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶分子数目相等，即分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶分子数目相等，即A=T，鸟嘌呤与胞嘧啶分子数相等，即鸟嘌呤与胞嘧啶分子数相等，即G=C；（2）DNA的碱基具有种属特异性，即不同生物种属的的碱基具有种属特异性，即不同生物种属的DNA具有各自特异的碱基具有各自特异的碱基组成；组成；（3）DNA的碱基组成无组织或器官特异性；的碱基组成无组织或器官特异性；（4）每
14、种生物的）每种生物的DNA具有各自特异的碱基组成，与生物遗传特性有关，具有各自特异的碱基组成，与生物遗传特性有关，一般不受年龄、生长状况和环境等条件的影响。一般不受年龄、生长状况和环境等条件的影响。二、二、DNADNA的分子结构的分子结构1 DNA的一级结构的一级结构 DNA是由是由4种不同的脱氧核糖核苷酸单体种不同的脱氧核糖核苷酸单体相互连接而成的线性多聚物，由一个核苷酸相互连接而成的线性多聚物，由一个核苷酸的的C5-磷酸基磷酸基与另一个相邻核苷酸的戊糖环与另一个相邻核苷酸的戊糖环上的上的C3-羟基羟基脱水形成脱水形成磷酸二酯键磷酸二酯键相互连接，相互连接，因此，因此，多聚链有多聚链有5方向
15、和方向和3方向方向。核酸中核。核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为是碱基不同，所以也称为碱基序列碱基序列。5端端3端端CGA 核糖的核糖的C5不再连接另一个核苷酸残基的末端称为不再连接另一个核苷酸残基的末端称为5-末端末端，核糖的，核糖的C3上不再上不再连接另外的核苷酸残基称为连接另外的核苷酸残基称为3-末端末端。为了书写方便，核苷酸的书写方向是。为了书写方便，核苷酸的书写方向是5-末末端在左侧端在左侧，3-末端在右边末端在右边，因此，因此，磷酸二酯键连接两个相邻核糖残基的方向是磷酸二酯键连接两个相邻核糖残基的方向是53。D
16、NA核苷酸方向总是由核苷酸方向总是由53。A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 DNA分子的一级结构是由数量不等的分子的一级结构是由数量不等的4种脱氧核糖核苷酸（种脱氧核糖核苷酸（脱氧腺嘌呤核糖脱氧腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸A、脱氧鸟嘌呤核糖核苷酸、脱氧鸟嘌呤核糖核苷酸G、脱氧胞嘧啶核糖核苷酸、脱氧胞嘧啶核糖核苷酸C和脱氧胸腺嘧啶和脱氧胸腺嘧啶核糖核苷酸核糖核苷酸T）通过）通过3 ,5 -磷酸二酯键连接起来的线型和环型多聚体，因此，磷酸二酯键连接起来的线型和环型多聚体，因此，DNA分子的一级结
17、构实质就是DNA多聚核苷酸链上的碱基排列顺序，称为DNA序列。生物多样性就是由生物多样性就是由DNA序列的多元性造成的。序列的多元性造成的。2.2.二级结构二级结构DNADNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构发现的历史意义：双螺旋结构发现的历史意义：揭示了生物体遗传信息储存及表达的分子机揭示了生物体遗传信息储存及表达的分子机制制开创了现代分子生物学开创了现代分子生物学是生物学发展史上的里程碑是生物学发展史上的里程碑DNA双螺旋提出的前提条件：双螺旋提出的前提条件：DNA是由核苷酸单体组成的是由核苷酸单体组成的每一种核苷酸是由一分子糖、一分子磷酸和一分子碱基组成每一种核苷
18、酸是由一分子糖、一分子磷酸和一分子碱基组成DNA分子中包括分子中包括4种碱基种碱基 嘌呤碱基的总数等于嘧啶碱基的总数 腺嘌呤碱基的数量等于胸腺嘧啶的数量 鸟嘌呤碱基的数量等于胞嘧啶的数量DNA分子的基本结构是一种螺旋，碱基相互堆积在其上分子的基本结构是一种螺旋，碱基相互堆积在其上DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）（1 1）DNADNA分子由两条分子由两条相互平行但走向相反相互平行但走向相反的的脱脱氧多核苷酸链氧多核苷酸链组成，两链以组成，两链以-脱氧核糖脱氧核糖-磷酸磷酸-为骨架，以为骨架，以右手螺旋右手螺旋方式绕同一公共轴盘。方式绕同一公共轴盘。
19、螺旋直径为螺旋直径为2 2nmnm,形成大沟形成大沟(major groove)(major groove)及及小沟小沟(minor groove)(minor groove)相间。相间。3553 （2 2）4 4种碱基位于螺旋内部，磷酸和核种碱基位于螺旋内部，磷酸和核酸位于螺旋的外侧酸位于螺旋的外侧，碱基垂直螺旋轴居，碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对氢键配对（互补配对形式：（互补配对形式：A=T;GA=T;G C C）并）并形成形成一个在一个在同一平面同一平面的碱基对的碱基对。碱基平面与戊糖平面互相垂直，各碱碱基平面与戊糖平面互相垂直，各碱基对的平
20、面彼此平等，互相重叠，呈板基对的平面彼此平等，互相重叠，呈板状堆积状堆积 。（3 3）相邻碱基平面距离）相邻碱基平面距离0.34nm0.34nm，两个核苷，两个核苷酸的夹角为酸的夹角为36360 0，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.4nm3.4nm，一圈一圈1010对碱基对碱基。DNA DNA双螺旋结构十分稳定，分子中碱基的双螺旋结构十分稳定，分子中碱基的堆积可以使碱基之间缔合，这种力称为堆积可以使碱基之间缔合，这种力称为碱基堆碱基堆积力积力，是由，是由疏水作用疏水作用形成的，它形成的，它是维持是维持DNADNA双双螺旋结构空间稳定的主要作用力螺旋结构空间稳定的主要作用力。碱基互补配对碱基互补配对
21、 DNADNA双螺旋结构的其它构型双螺旋结构的其它构型三种不同三种不同DNADNA构象的结构参数构象的结构参数3.3.三级结构三级结构 细菌和病毒的细菌和病毒的DNADNA大多数是大多数是环形分子环形分子，在电子显微镜下可以看到，在电子显微镜下可以看到某些双螺旋某些双螺旋DNADNA分子呈现一种特殊的卷曲现象，即分子呈现一种特殊的卷曲现象，即超螺旋结构超螺旋结构，也就是也就是DNADNA的三的三级结构级结构。在具有相同核苷酸数的条件下，超螺旋。在具有相同核苷酸数的条件下，超螺旋DNADNA分子比松驰型分子比松驰型DNADNA分子的空分子的空间结构更紧密。间结构更紧密。超螺旋结构几乎存在于所有的
22、染色体中，无论是环状分子还是线性分子。超螺旋结构几乎存在于所有的染色体中，无论是环状分子还是线性分子。超螺旋超螺旋DNADNA有有正超螺旋正超螺旋和和负超螺旋负超螺旋两种，两种，负超螺旋使双螺旋结构放松，负超螺旋使双螺旋结构放松，而正超螺旋使结构更紧密而正超螺旋使结构更紧密。DNADNA超螺旋中拓扑学参数的变化及相互关系超螺旋中拓扑学参数的变化及相互关系（a a）正超螺旋）正超螺旋 （b b）负超螺旋）负超螺旋EM：Electron Microscope4.4.染色体结构染色体结构 与原核生物不同，真核细胞的基因组中，与原核生物不同，真核细胞的基因组中，DNADNA通常与蛋白质结合在一起，形成
23、通常与蛋白质结合在一起，形成DNA-DNA-蛋白复合体蛋白复合体，即，即染色体染色体。每一条染色体都是由一条线形每一条染色体都是由一条线形DNADNA分子分子与多个蛋白质组成的复合体与多个蛋白质组成的复合体。DNADNA缠绕在一类称为缠绕在一类称为组组蛋白蛋白的外表面，而形成的外表面，而形成核小体核小体。每个核小体由。每个核小体由DNADNA串串连在一起构成念珠状的连在一起构成念珠状的核小体纤丝核小体纤丝，并继续螺旋成，并继续螺旋成核纤丝核纤丝。这些核纤丝再缠绕在中心纤维状蛋白的外。这些核纤丝再缠绕在中心纤维状蛋白的外侧，形成脚手架结构而构成染色体。侧，形成脚手架结构而构成染色体。人类各染色体
24、长度与基因数量人类各染色体长度与基因数量 染色体长度单位染色体长度单位bp,大写大写M代表代表Mega,即一即一百万（百万（106）常见遗传病见讲义常见遗传病见讲义 染色体结构随细胞循环的染色体结构随细胞循环的不同而呈现不同形态，不同而呈现不同形态，结构结构紧密的染色体形式只出现在紧密的染色体形式只出现在细胞分裂的中期细胞分裂的中期，而在，而在DNA转录与翻译过程中，转录与翻译过程中，染色体染色体则变为高度分散状态，这期则变为高度分散状态，这期间无法区分染色体间无法区分染色体。构成核小体的组蛋白是一些带正电荷的小分子（富含Arg和Lys），共有5种不同的组蛋白H1、H2A、H2B、H3和H4。
25、由于带有较多的正电荷，使这些蛋白质能够与DNA的负电荷磷酸基以离子键结合。由H2A、H2B、H3和H44个二聚体组成的八聚体构成了核小体的核心蛋白，而DNA则缠绕在核小体蛋白的外表面，并有H1蛋白将其连接，构成核小体。核小体通过DNA分子相互连接起来，形成类似念珠的核小体纤丝。核纤丝是由核小体纤丝缠绕成圆柱形线圈而形成的，每一圈约核纤丝是由核小体纤丝缠绕成圆柱形线圈而形成的，每一圈约6 6个核小个核小体，上升体，上升11nm11nm，该线圈由，该线圈由H1H1蛋白蛋白稳定的。核纤丝并非染色质的最终结构，在细稳定的。核纤丝并非染色质的最终结构，在细胞分裂的中期，核纤丝就像一个大的胞分裂的中期，核
26、纤丝就像一个大的DNADNA晕圈一样环绕在中心纤维蛋白质周围。晕圈一样环绕在中心纤维蛋白质周围。核纤丝以中心纤维蛋白为着丝点，环绕中心形成环状结构。核纤丝以中心纤维蛋白为着丝点，环绕中心形成环状结构。任务三任务三 RNA分子的组成与结构分子的组成与结构 RNA与与DNA一样，也是一样，也是线性多聚核苷酸分子线性多聚核苷酸分子，主要有，主要有4种核苷酸，即种核苷酸，即腺嘌呤核腺嘌呤核苷酸（苷酸（A）、鸟嘌呤核苷酸（）、鸟嘌呤核苷酸（G）、胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（C）和和尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（U）。组成组成RNA的戊糖是核糖，而不是脱氧核糖。核苷酸通过的戊糖是核糖，而不是脱氧核糖。核苷酸
27、通过3，5-磷酸二酯键进行磷酸二酯键进行连接。部分连接。部分RNA（rRNA）还具有催化活性。）还具有催化活性。天然天然RNA并不像并不像DNA，以双螺旋结构存在，而是以，以双螺旋结构存在，而是以单链单链形式存在，仅有形式存在，仅有局部区域局部区域有双螺旋结构。有双螺旋结构。这些双链结构是这些双链结构是RNA分子通过自身回折形成碱基配对结合而成的。分子通过自身回折形成碱基配对结合而成的。RNA分分子双螺旋结构一般都是子双螺旋结构一般都是A-DNA，每一段双螺旋区域至少要，每一段双螺旋区域至少要4-6bp碱基才能保持碱基才能保持稳定。稳定。突环和发夹结构是突环和发夹结构是RNARNA分子的二级或
28、三级结构中最常见的二种结构分子的二级或三级结构中最常见的二种结构。一、一、RNARNA分子的组成与种类分子的组成与种类 RNA主要分布在细胞质内，主要分布在细胞质内，其戊糖为其戊糖为D-核糖核糖，基本碱基有，基本碱基有AUGC。组成组成RNA的基本单位分别是的基本单位分别是AMP、GMP、CMP和和UMP四种。四种。RNA分为分为mRNA、rRNA和和tRNA三种。此外，真核细胞还有少量的核内小三种。此外，真核细胞还有少量的核内小RNA（snRNA），三种），三种RNA在细胞中占的比例分别为在细胞中占的比例分别为5%、80%和和15%。核小内核小内RNA(small nuclear RNA，s
29、nRNA)是真核生物转录后加工过程中是真核生物转录后加工过程中RNA剪接剪接体的主要成分，参与体的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。其长度在哺乳动物中约为前体的加工过程。其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷个核苷酸，共分为酸，共分为7类，由于含类，由于含U丰富，故编号为丰富，故编号为U1U7。只存在于细胞核中只存在于细胞核中，其中，其中U3存在于存在于核仁中，其他核仁中，其他6种存在于非核仁区的核液里。除种存在于非核仁区的核液里。除U6由由RNA聚合酶聚合酶转录外，其它的转录外，其它的snRNA都是由都是由RNA聚合酶聚合酶催化转录的，具有修饰的碱基，并在催化转录的，具有修饰的碱基，
30、并在5末端有一个三甲基末端有一个三甲基鸟苷酸（鸟苷酸（TMG）的类似）的类似”帽帽“结构，结构，3末端有自身抗体识别的末端有自身抗体识别的Sm抗原结合的保守序列抗原结合的保守序列。RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能核核蛋蛋白白体体RNA信信使使RNA转转运运RNA核核内内不不均均一一RNA核核内内小小RNA胞胞浆浆小小RNA 细细胞胞核核和和胞胞液液线线粒粒体体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核核蛋蛋白白体体组组分分蛋蛋白白质质合合成成模模板板转转运运氨氨基基酸酸成成熟熟mRNA的的
31、前前体体参参与与hnRNA的的剪剪接接、转转运运rRNA的的加加工工、修修饰饰蛋蛋白白质质内内质质网网定定位位合合成成的的信信号号识识别别体体的的组组分分核核仁仁小小RNA核核蛋蛋白白体体RNA信信使使RNA转转运运RNA核核内内不不均均一一RNA核核内内小小RNA胞胞浆浆小小RNA 细细胞胞核核和和胞胞液液线线粒粒体体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核核蛋蛋白白体体组组分分蛋蛋白白质质合合成成模模板板转转运运氨氨基基酸酸成成熟熟mRNA的的前前体体参参与与hnRNA的的剪剪接接、转转运运r
32、RNA的的加加工工、修修饰饰蛋蛋白白质质内内质质网网定定位位合合成成的的信信号号识识别别体体的的组组分分核核仁仁小小RNA（1）mRNA（占（占RNA的的510%）mRNA也称也称信使信使RNA，它是，它是以以DNA为模板合成的，同时，也是为模板合成的，同时，也是蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板。每一条多肽链都有一种特定的。每一条多肽链都有一种特定的mRNA负责编码，负责编码，细胞内细胞内mRNA种类繁多，而且每种种类繁多，而且每种mRNA含量特别低含量特别低。每一条每一条mRNA都有都有起始起始、编码编码和和终止序列终止序列，另外，在，另外，在5末端和起始位点之间还有末端和起始位点之间还有一
33、个前导序列一个前导序列。mRNA分子大小不同，最小的只有分子大小不同，最小的只有150个核苷酸，最大可以达到个核苷酸，最大可以达到12 000个核苷酸，甚至更大，个核苷酸，甚至更大，mRNA分子的长度一般在分子的长度一般在900-1800个核苷酸。个核苷酸。大多数真核细胞的大多数真核细胞的mRNA在在3末端末端都有一段长约都有一段长约200个核苷酸的个核苷酸的polyA，该尾巴是在，该尾巴是在mRNA转录后由转录后由polyA聚合酶聚合酶催化添加上去的，催化添加上去的，polyA聚合酶聚合酶是一种只对是一种只对mRNA有专一性的酶有专一性的酶，不能作用于，不能作用于rRNA和和tRNA。真核细
34、胞的真核细胞的mRNA在在5 末端末端也一个也一个帽子的特殊结构帽子的特殊结构（3-mG-5ppp5-Mm-3-P，结构如下）。，结构如下）。5末端的鸟嘌呤的末端的鸟嘌呤的N7被甲基化被甲基化，该嘌呤再通过焦磷酸与相邻的，该嘌呤再通过焦磷酸与相邻的一段核苷酸以一段核苷酸以5,5-磷酸二酯键相连。磷酸二酯键相连。帽子结构帽子结构mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A A尾的功能尾的功能eIF4A帽结合蛋白（帽结合蛋白（CBPs)CBPs)polyApolyA结合蛋白结合蛋白(PAB)(PAB)mRNA的功能的功能 把把DNA所携带的遗传信息，按
35、碱基互补配对原则，抄录并所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 （2）rRNA（占总（占总RNA的的80）rRNA即即核糖体核糖体RNA，是构成核糖体骨架。，是构成核糖体骨架。原核生物有原核生物有3 类类RNA，即，即5sRNA、16sRNA和和23sRNA。真核生物是也有真核生物是也有3类类
36、RNA，即，即5sRNA、18sRNA和和23sRNA。S是是RNA的重量单位，是用沉降系数的重量单位，是用沉降系数Svedberg单位表示的。单位表示的。原核细胞中的核糖体是由原核细胞中的核糖体是由30S和和50S两个亚基组成，真核生物是由两个亚基组成，真核生物是由60S和和40S两两个亚基构成的。其中个亚基构成的。其中30S小亚基由小亚基由16SRNA和和21种种不同分子质量的蛋白质构成不同分子质量的蛋白质构成，而而50S是由一个是由一个5SrRNA和一个和一个23SrRNA及及32种蛋白质构成种蛋白质构成。核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚
37、基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%（3）tRNA 即即转运转运RNARNA，是用来，是用来运输氨基酸到核糖体作蛋白运输氨基酸到核糖体作蛋白质合成的质合成的。tRNAtRNA一般由一般由60-9560-95个核苷酸残基组成，通常大约个核苷酸残基组成，通常大约为为7676个核苷酸个核苷酸。每一种氨基酸都有相应的一种或几每一种氨基酸都有相应的
38、一种或几种种tRNAtRNA，但任何一种，但任何一种tRNAtRNA只对应一种氨基酸只对应一种氨基酸。几乎所有的几乎所有的tRNAtRNA的二级结构都具有一个三叶草的二级结构都具有一个三叶草型的结构。型的结构。tRNAtRNA的二级结构的二级结构*tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形*tRNA的功能：的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。tRNA具有下述基本特征（自学）：具有下述基本特征（自学）：tRNA的两个末端通过碱基配对形成一个由的两个末端通过碱基配对形成一个由7个碱基对组成的个碱基对组成的RNA双链结构，即接受体或氨双链结构
39、，即接受体或氨基酸臂，该结构中富含鸟嘌呤。在此氨基酸臂中的基酸臂，该结构中富含鸟嘌呤。在此氨基酸臂中的5-末端以磷酸基团结尾，末端以磷酸基团结尾，3-末端是一末端是一固定的固定的CCA序列，且以羟基为流离末端。此序列，且以羟基为流离末端。此3末端专门用于接受活化的氨基酸。末端专门用于接受活化的氨基酸。由由8-12个核苷酸组成的个核苷酸组成的D臂或叫二氢尿嘧啶环，该结构是一个由臂或叫二氢尿嘧啶环，该结构是一个由3或或4对碱基对构成的双链对碱基对构成的双链结构与同个由结构与同个由5-7个核苷酸残基组成的突环组成。个核苷酸残基组成的突环组成。由由17个核苷酸残基组成的反密码臂，该结构含有两个部分。一
40、个是由个核苷酸残基组成的反密码臂，该结构含有两个部分。一个是由5对碱基构成的双链区，另一个部分是由对碱基构成的双链区，另一个部分是由7个核苷酸残基构成的突环结构。在突环中部含个核苷酸残基构成的突环结构。在突环中部含有一个由有一个由3个核苷酸残基组成的反密码子，黄嘌呤常出现在反密码子中。个核苷酸残基组成的反密码子，黄嘌呤常出现在反密码子中。有有12个核苷酸残基组成的个核苷酸残基组成的TC臂或臂或T臂。该臂含有臂。该臂含有17个核苷酸残基，一个含个核苷酸残基，一个含7个核苷酸个核苷酸残基的突环通过一个残基的突环通过一个5对碱基构成的双链与对碱基构成的双链与tRNA的其余部分相连。除个别例外，在突的
41、其余部分相连。除个别例外，在突环都含有一个环都含有一个TC序列，其中序列，其中是用来表示假尿嘧啶的。是用来表示假尿嘧啶的。在在tRNA的突环结构区通常含有的突环结构区通常含有15个不可变位置和个不可变位置和8个半可变位置（只有嘌个半可变位置（只有嘌呤或只有嘧啶），反密码子的呤或只有嘧啶），反密码子的3侧的嘌呤是不可变修饰。可变性最大的区域是一个被称为侧的嘌呤是不可变修饰。可变性最大的区域是一个被称为可变臂的部位，该可变臂是由可变臂的部位，该可变臂是由3-21个核苷酸残基组成，可能含有一对、最多达个核苷酸残基组成，可能含有一对、最多达7对碱基的对碱基的双连螺旋。双连螺旋。tRNA的一个最显著的特
42、点是有高达的一个最显著的特点是有高达25%的碱基被修饰，但这些被修饰的碱基没有的碱基被修饰，但这些被修饰的碱基没有一个是维持一个是维持tRNA结构或与核糖体适当结合所必需的。碱基修饰可能有利于氨基酸臂与特结构或与核糖体适当结合所必需的。碱基修饰可能有利于氨基酸臂与特定氨基酸的结合或加强密码子与反密码子的相互反应。定氨基酸的结合或加强密码子与反密码子的相互反应。DNA和和RNA的比较的比较任务四任务四 核酸的理化性质核酸的理化性质核酸和蛋白质的比较核酸和蛋白质的比较一、核酸的分子大小、溶解度和黏度一、核酸的分子大小、溶解度和黏度 核酸分子质量都比较大。核酸分子质量都比较大。DNA的分子质量一般在
43、的分子质量一般在106-109u。RNA的分的分子质量变化较大，子质量变化较大，tRNA的分子质量一般在的分子质量一般在104u左右。左右。mRNA约为约为0.5106u或更大一或更大一些，些，rRNA的分子质量一般在的分子质量一般在(0.61)106u。RNA的分子质量比的分子质量比DNA要小得多要小得多 1bp核苷酸其相对分子质量平均为核苷酸其相对分子质量平均为660，长度为，长度为1m的的DNA双螺旋相当于双螺旋相当于2940bp(1*1000/0.34=2941)，其相对分子质量为，其相对分子质量为1.94106u(2940*660=1940400)。RNA、核苷酸、核苷、嘌呤碱或嘧啶
44、碱的纯品都是白色粉末和结晶、核苷酸、核苷、嘌呤碱或嘧啶碱的纯品都是白色粉末和结晶，DNA的白色纤维状的白色纤维状，核苷酸中除肌苷酸和鸟苷酸具有，核苷酸中除肌苷酸和鸟苷酸具有鲜味鲜味外，大都呈酸味。外，大都呈酸味。DNA、RNA和核苷酸都是和核苷酸都是极性化合物极性化合物，一般都溶于水而不溶于酒精和氯仿等一般都溶于水而不溶于酒精和氯仿等有机溶剂，它们的有机溶剂，它们的钠盐钠盐都易溶于水都易溶于水，RNA的溶解度可达的溶解度可达4%。在。在酸性酸性溶液中，核溶液中，核苷酸上的嘌呤极易被水解掉，但在苷酸上的嘌呤极易被水解掉，但在中性中性和和碱性碱性溶液中较为稳定。溶液中较为稳定。核酸的钠盐水溶液具有
45、较高的黏度，可用于检定核酸的质量核酸的钠盐水溶液具有较高的黏度，可用于检定核酸的质量。二、核酸的两性解离性质（酸碱性质）二、核酸的两性解离性质（酸碱性质）DNA和和RNA分子在其多核苷酸链既有分子在其多核苷酸链既有酸性的磷酸基酸性的磷酸基，也有，也有碱基上碱基上的碱性基团的碱性基团，因此，也是，因此，也是两性物质两性物质，可以发生两性解离。，可以发生两性解离。因因磷酸磷酸酸性酸性较强，故整个核酸分子常呈较强，故整个核酸分子常呈酸性酸性，也有一定的，也有一定的pI，可以进行电泳，可以进行电泳。在在中性中性或或偏碱性偏碱性溶液中，核酸常带有溶液中，核酸常带有负电荷，向阳极泳动负电荷，向阳极泳动，可
46、实现不同分子，可实现不同分子量的核酸的分离。量的核酸的分离。核苷酸含有各种可解离的基团，这些基团来自于嘌呤或嘧啶核苷酸含有各种可解离的基团，这些基团来自于嘌呤或嘧啶环中的氮原子及其各种取代基以及磷酸基团上的一级解离和二级解离。环中的氮原子及其各种取代基以及磷酸基团上的一级解离和二级解离。由于核苷酸含有由于核苷酸含有碱基碱基和和磷酸基磷酸基，在一定条件下可形成两性离子。，在一定条件下可形成两性离子。尿嘧啶由于碱基碱性较弱，实际测不出含氮环的解离曲线，故不具有等电点，不能形成两性离子。NHNHOO 含含磷酸基磷酸基的的酸性酸性比比碱基碱基的碱性强，故的碱性强，故核苷酸核苷酸的等点的等点偏酸性偏酸性
47、。核酸与核苷酸一样也是两性物质，核酸与核苷酸一样也是两性物质，等电点也等电点也偏酸性偏酸性。在中性或碱性溶液中呈在中性或碱性溶液中呈阴阴离子，能与金属离子、离子，能与金属离子、碱性染料或其它碱性物质结合。碱性染料或其它碱性物质结合。尿嘧啶尿嘧啶 核酸中的核酸中的酸性基团酸性基团可与可与K+、Na+、Ca2+、Mg2+等金属离子结合成盐。核等金属离子结合成盐。核酸溶液加入适当盐溶液后，其金属离子可将负离子中和，在乙醇或异丙醇存在酸溶液加入适当盐溶液后，其金属离子可将负离子中和，在乙醇或异丙醇存在时，可从溶液中析出。时，可从溶液中析出。DNA双螺旋两条链间碱基的解离状态与溶液双螺旋两条链间碱基的解
48、离状态与溶液pH有关，有关，pH影响碱基对氢键的影响碱基对氢键的稳定性，在稳定性，在pH4.0-11.0DNA最稳定，在此范围外易变性最稳定，在此范围外易变性。5 5种核苷酸的解离常数种核苷酸的解离常数 pKa1值是由于第一磷酸基值是由于第一磷酸基-PO3H2解离，解离，pKa2值是由于含氮环值是由于含氮环-N+H=的解离，的解离，pKa3值是由于值是由于第二磷酸基第二磷酸基-PO3H-解离。核苷酸的等电点计算公式为：解离。核苷酸的等电点计算公式为：2pKpKpIa2a1三、紫外吸收性质三、紫外吸收性质 由于含由于含氮氮碱基具有碱基具有共轭双键共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在，使碱基、核
49、苷、核苷酸和核酸在240240290nm290nm波长有一强烈的吸收峰值。波长有一强烈的吸收峰值。最大吸收波长在最大吸收波长在260nm260nm处处，不同核苷酸有不同的吸收特性，可，不同核苷酸有不同的吸收特性，可用紫外吸收进行定性和定量测定。用紫外吸收进行定性和定量测定。5种核苷酸的最大吸收波长和消光系数各种碱基的紫外吸收光谱（pH7.0）核酸样品纯度通常可以用核酸样品纯度通常可以用OD值来表示，如值来表示，如OD260与与OD280比值可比值可以判断核酸样品中是否含有蛋白质。以判断核酸样品中是否含有蛋白质。对于对于DNA，OD260/OD2801.8；对于对于RNA，OD260/OD280
50、2.0时时，说明核酸，说明核酸是纯的，否则含有蛋白质杂质。是纯的，否则含有蛋白质杂质。不纯的样品不能用紫外吸收进行定量！当样品是纯的，可以利用当样品是纯的，可以利用OD260计算核酸的含量，也可以用的计算核酸的含量，也可以用的OD260/OD230商计商计算，单位为算，单位为g/g，或用一个，或用一个OD值相当于值相当于50 g/mL来计算。来计算。1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于 50g/ml双链双链DNA 40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8
